Stereolithografie

Stereolithografie, kurz SLA, ist der Großvater aller 3D-Drucktechniken. Sie war die allererste Methode, die in den 1980er-Jahren patentiert wurde, und ist bis heute der Goldstandard für alle, die glatte Oberflächen und extreme Details suchen. Während FDM-Drucker mit einem Kunststofffaden arbeiten, arbeitet ein SLA-Drucker mit einer Flüssigkeit: Photopolymerharz (Resin).

SLA ist bekannt für seine Fähigkeit, wasserdichte, luftdichte und isotrope Bauteile herzustellen, die aussehen, als kämen sie direkt aus einer Spritzgussform. Der Prozess ist jedoch etwas aufwendiger und „schmutziger“ als das Drucken mit Filament.

Wie funktioniert Stereolithografie?

Das Herzstück eines SLA-Druckers ist ein Behälter mit flüssigem Kunstharz. Dieses Harz hat eine besondere Eigenschaft: Es wird hart, sobald UV-Licht darauf trifft. Unter diesem Behälter (oder darüber, bei industriellen Maschinen) befindet sich ein präziser UV-Laser.

Der Prozess beginnt, wenn die Bauplattform in die Flüssigkeit eintaucht, bis sich nur noch eine sehr dünne Harzschicht zwischen der Plattform und dem Boden des Tanks befindet. Der Laser schießt dann blitzschnell über Spiegel (Galvanometer) hin und her und zeichnet die Form der ersten Schicht in die Flüssigkeit. Dort, wo der Laser das Harz trifft, härtet es sofort aus und haftet an der Plattform.

Sobald die Schicht fertig ist, bewegt sich die Plattform ein Stück nach oben, um die frische Schicht vom Boden des Tanks zu lösen (der „Peel“-Mechanismus), und senkt sich anschließend wieder für die nächste Schicht ab. Das wiederholt sich tausende Male. Das Objekt wird also buchstäblich aus der Flüssigkeit herausgezogen.

Das Geheimnis der Isotropie

Einer der größten technischen Vorteile von SLA gegenüber FDM ist die Isotropie. Bei FDM sind die Schichten oft die Schwachstelle; man kann sie voneinander lösen. Bei SLA gehen die Schichten eine chemische Verbindung miteinander ein. Da das Harz noch nicht zu 100 % ausgehärtet ist („Green State“), wenn die nächste Schicht darauf kommt, polymerisieren die Schichten ineinander. Das bedeutet, dass ein SLA-Druck in alle Richtungen (X, Y und Z) nahezu gleich stark ist. Das macht die Technik ideal für wasserdichte Gehäuse oder Bauteile, durch die Luft strömen muss.

Stützstrukturen: Ein notwendiges Übel

Wie bei anderen Techniken kann man auch bei SLA nicht ins Leere drucken. Man benötigt Stützstrukturen. Aber während FDM-Stützen oft als dicke Pfeiler gedruckt werden, ähneln SLA-Stützen eher einem feinmaschigen Gerüst aus dünnen Ästchen.

Da der Druck kopfüber an der Plattform hängt, kämpft man bei SLA ständig gegen die Schwerkraft und die Saugkraft der Flüssigkeit. Modelle werden deshalb oft in einem Winkel von 45 Grad gedruckt. Das verringert die Fläche pro Schicht und sorgt dafür, dass der Druck nicht von der Plattform abgerissen wird. Die Kontaktpunkte der Stützen sind sehr klein, sodass man sie nach dem Druck mit minimalen Spuren abknipsen kann.

Die „klebrige“ Seite: Nachbearbeitung

SLA-Druck endet nicht, wenn die Maschine fertig ist. Im Gegenteil, dann beginnt die eigentliche Arbeit erst. Das Modell kommt klatschnass und klebrig aus dem Drucker, bedeckt mit nicht ausgehärtetem Harz. Man kann es nicht mit bloßen Händen anfassen (Handschuhe sind Pflicht).

• Waschen (Washing): Das Modell muss zuerst gründlich gewaschen werden, meistens in einem Bad mit Isopropylalkohol (IPA). Dadurch wird das überschüssige flüssige Harz an der Außenseite gelöst.
• Aushärten (Curing): Nach dem Waschen ist das Modell noch etwas weich. Um seine endgültige Festigkeit und Hitzebeständigkeit zu erhalten, muss es in einer UV-Kammer „nachgehärtet“ werden. Erst nach diesem „Post-Curing“ erreicht das Material seine vollständigen mechanischen Eigenschaften.

Materialien: Vom Zahnarzt bis zum Ingenieur

Die Stärke von SLA liegt in der Chemie. Durch die Anpassung der Harzformel erhält man völlig andere Eigenschaften:

• Standard Resin: Für visuelle Prototypen. Es ist hart und glatt, aber recht spröde. Wenn es herunterfällt, zerspringt es oft wie Glas.
• Tough / Durable Resin: Entwickelt, um die Eigenschaften von ABS oder Polypropylen nachzuahmen. Diese Materialien können sich biegen und Stöße auffangen, ohne zu brechen.
• Dental & Bio-compatible: Harze, die für den Kontakt mit dem menschlichen Körper sicher sind. Sie werden in großem Maßstab für den Druck von Zahnschienen, Kronen und chirurgischen Bohrschablonen verwendet.
• Castable Wax: Ein Harz, das vollständig ausbrennt, ohne Asche zu hinterlassen. Juweliere verwenden es, um einen Ring zu drucken, diesen in Gips zu gießen, das Harz auszubrennen und die Form mit Gold oder Silber zu füllen.

Wann entscheidet man sich für SLA?

SLA ist die logische Wahl, wenn Präzision und Oberflächenqualität wichtiger sind als Kosten oder Geschwindigkeit. Wenn man die Schichtlinien eines FDM-Drucks nicht sehen darf oder wenn Bauteile wasserdicht sein müssen, ist SLA die beste Option.

Denken Sie an Prototypen für Unterhaltungselektronik, detaillierte Miniaturen für Brettspiele oder komplexe Formen für die Medizinindustrie. Man sollte jedoch bedenken, dass ein belüfteter Arbeitsraum erforderlich ist und man bereit sein muss, mit Chemikalien zu arbeiten.